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基于生态足迹理论的天津市可持续发展动态研究 摘要:利用生态足迹分析方法对天津市19892008年的生态足迹进行了计算和分析。计算结果表明:天津市人均生态足迹由1989年的1.64 hm2上升到2008年的1.65 hm2;同期的人均生态承载力则由0.27 hm2逐年上升到0.32 hm2;人均生态赤字由1.36 hm2降到1.32 hm2。虽然天津市人口对自然资源的利用呈下降趋势、生态足迹与生态承载力之间的矛盾有所减缓,但生态足迹目前仍然超出了自然生态系统的生态承载力范围,现有的发展模式是不可持续的,生态环境处于较不安全的状态。 关键词:生态足迹;生态承载力;生态赤字;可持续发展;天津市 中图分类号:F290 文献标志码:A文章编号:1673-291X(2010)29-0055-04 前言 可持续发展的概念是1987年提出的,1992年里约热内卢召开的联合国环境与发展大会形成了建立可持续发展的21世纪议程国际公约。从此将可持续发展问题摆在了国际性政治议程上,并在全世界掀起了研究热潮。可持续发展研究中的一个难点是如何定量衡量区域发展的可持续性。生态足迹分析法是由加拿大生态经济学家Rees和Wackernagel于1996年提出的一种度量可持续发展程度的定量方法。生态足迹理论从1999年开始被引入中国,并很快作为一种新的理论方法被用于定量分析中国和一些省市或地区的可持续发展问题35。近年来,在国外已开始了长时间范围的动态研究6,7;国内的研究工作多是针对某一年的静态研究35,有关动态的研究报导很少8,9。笔者对天津近20年来的生态足迹进行了动态研究,试图追踪各个时间段的可持续发展程度,以期为相关决策部门提供参考依据。 一、研究区概况 天津地处华北平原东北部,东临渤海,北枕燕山,位于北纬38334015,东经1164211803之间。北与首都北京毗邻,东、西、南分别与河北省的唐山、承德、廊坊、沧州地区接壤。海岸线长约133公里,面积11 305平方公里。天津气候属暖温带半湿润大陆季风型气候,有明显由陆地到海洋的过渡特点:四季明显,长短不一;降水不多,分配不均;季风显著,日照较足;地处滨海,大陆性强。年平均气温12.3。年平均降水量为550680毫米,夏季降水量约占全年降水量的80%。2008年末全市常住人口1 176万人。 二、研究方法 (一)生态足迹的计算方法 任何已知人口的地区或国家的生态足迹是生产这些人口消费的所有资源和吸纳这些人口产生的所有废弃物所必需的生物生产面积(biologically productive area)3-4的总和。生态足迹计算公式依据前人研究1-9修订为: EF=Nef=N(airj)rj=N(ci /pi)rj(i=1,2,3,nj=1,2,3,m)(1) 式中,EF为总的生态足迹;ef为人均生态足迹;N为人口数;ai为i种物质人均占用的生物生产面积;rj为均衡因子;ci为i种物质的人均消费量;pi为i种物质的世界平均生产能力;i为消费的物质种类;j为生物生产面积类型。 在生态足迹账户中,生物生产面积分为六种类型:耕地(arable land)、林地(forest)、草地(pasture)、化石能源用地(fossil energy)、建筑用地(construction land)和水域(water area),这六类生物生产面积的生产能力差异很大,不能简单进行加总。为此,生态足迹计算方法中用均衡因子把不同类型的生物生产面积转化为可以比较的、统一的生物生产面积。均衡因子为某类生物生产面积的平均单产与全球各类生物生产面积的平均单产的比值。由于很难准确计算全球各类生物单产的总平均值,同时产量每年变化,均衡因子标准难以统一。但根据Wackernagel的研究,各年份间的均衡因子差异很小。本文采用WWF2004报告给出的2001年的均衡因子:建筑用地和耕地为2.19,水面为0.36,草地为0.48,林地和化石能源用地为1.38。 (二)生态承载力的计算方法 生态承载力(ecological capacity)指区域实际提供给人类的生物生产面积(包括水域)的总和,计算公式依据前人研究修订为: EC=Nec=N(1-12%)ajrjyj(j=1,2,3,m)(2) 式中,EC为区域生态承载力;N为人口数;ec为人均生态承载力;aj为人均生物生产面积;rj为均衡因子;yj为产量因子;j为生物生产面积类型。 生态足迹理论实现了用同一指标生物生产面积来表示与评价生态足迹和生态承载力,使二者具有可比性。但由于同类生物生产面积的生产力在不同国家或地区之间存在差异,因此,不同国家和地区的同类生物生产面积不能直接进行对比。Wackernagel引入产量因子(yield factor)解决这一问题。产量因子是一个国家或地区某类生物生产土地的平均生产力与同类土地的世界平均生产力之间的比率。在本文的计算中,耕地的产量因子依据天津市每一年的农产品平均产量与全球平均产量相比较,得出耕地的产量因子。建筑用地大都来自产出率高的耕地,产量因子取值与耕地相同。其余土地类型的产量因子按文献中对中国生态足迹的计算取值,林地为0.91,草地为0.19,水域是1。同时,根据世界环境与发展委员会(WCED)的建议,扣除12%的生物多样性保护面积。 (三)生态赤字的计算方法 生态赤字的计算公式为: ed=ef-ec(3) 式中,ed为区域生态赤字,ef为区域生态足迹, ec为区域生态承载力。如果区域的生态足迹超过了区域生态承载力,就出现了生态赤字;反之,则表现为生态盈余。 三、天津市19892008年的生态足迹计算与分析 (一)生态足迹计算 天津市近20年来的生态足迹计算主要包括两部分:(1)生物资源的消费;(2)化石能源的消费。根据统计年鉴数据,其生物资源消费分为农产品、动物产品、林产品、水果和木材等五大类。能源消费主要包括煤炭、焦炭、燃料油、汽油、柴油、天然气和电力等。由于本文的计算数据为实际消费量,因此,贸易调整部分不需要计算。计算足迹时将能源的消费转化为化石燃料生产土地面积,即吸纳化石燃料燃烧所产生的CO2所需要的生物生产面积。采用世界上单位化石能源生产土地面积的平均发热量为标准,将当地能源消费所消耗的热量折算成一定的化石能源土地面积。经过均衡转化后的各种生物资源和能源消费足迹便构成了天津市的生态足迹(图1)。同时,计算了20年来天津市的生态承载力(图2)。 由图2可以看出,天津市19892008年的人均生态足迹呈先下降后缓慢上升的趋势,生态足迹从1989年的人均1.64 hm2缓慢上升到2008年的1.65 hm2;生态承载力从1989年的人均0.27 hm2上升到2008年的0.32 hm2,生态足迹缓慢上升的同时,生态承载力也在上升。可见生态足迹与生态承载力呈理想的发展趋势。天津市1989年的人均生态赤字为1.36 hm2,到2008年降为1.32 hm2。说明天津市人口对自然资源的利用逐年减少,生态足迹与生态承载力之间的矛盾缩小。但是,由于天津市近20年来的生态足迹一直大于生态承载力,生态足迹已超出了自然生态系统的生态承载力范围,并且生态赤字超过了0.4 hm2的全球人均生态赤字,因此,天津市的自然生态系统仍然面临沉重的压力,目前的发展模式是不可持续的。 (二)万元GDP的生态足迹分析 为反映资源利用效率,本文计算了万元GDP的生态足迹(见下表),显然万元GDP的生态足迹需求大,反映资源的利用效率低,反之,则资源利用效率高。徐忠民计算的中国1999年的平均万元GDP的生态足迹为2.037 hm2,高于发达国家的平均水平,这反映了我国的资源利用效率比较低。而对于地处环渤海地区、经济比较发达的天津市来说,其万元GDP的生态足迹比较小。天津市1999年万元GDP的生态足迹仅为0.80 hm2,比1999年中国万元GDP生态足迹的1/2还要少。同时,天津市1989年的万元GDP生态足迹为4.93 hm2,而到了2008年为0.31 hm2,20年间其资源利用效率提高了近16倍。这就反映了天津市近20年来在提高生产技术、革新生产工艺以及合理利用资源等方面取得了突出的成就。 四、讨论 (一)生态足迹的发展变化探讨 从六类生物生产面积的人均生态足迹发展变化看,20年来人均生态足迹增幅由大到小的顺序依次为林地(2008年是1989年的4.15倍)、水域(1.95倍)、草地(1.94倍)、园地(1.94倍)、建筑用地(1.38倍)、耕地(1倍)、化石燃料用地(0.85倍)。可见,1989年以来天津市人均消费品增加最多的是水果、水产品、动物产品(肉、奶、蛋)等,人均粮食消费量基本不变,能源消费量减少了15%。同时说明,1989年以来人们的消费结构和生活观念发生了很大的变化,高营养和高能量食物的消费量增加,并且高污染型能源(如煤炭)的使用量大幅度减少。毫无疑问,这将是未来的发展方向。因此,从食物消费结构方面考虑,这就需要调整农业产业结构,大力发展养殖业、林果业、发展畜牧基地以及建立林特产品基地,从而进一步提高林地、水域和草地等生物生产土地面积的比重。从人们的生活观念方面考虑,这就需要大力发展天然气、沼气和电力等清洁能源,从而减少废弃物的排放量,给人们一个清洁、美丽的城市环境。 (二)生态足迹的组分探讨 从生态足迹组分来看,2008年六类生物生产土地面积的生态足迹由大到小的顺序依次为化石燃料用地(57.01%)、耕地(18.18%)、建设用地(10.92%)、水域(10.13%)、林地(3.09%)、园地(0.45%)、草地(0.22%)。可见,天津市的发展模式主要是通过消耗自然资源存量来弥补生态承载力的不足,其中,能源的消费主要以石油和煤为主,生物资源的消费主要以农产品为主。这种对自然资源的过度依赖,是天津市出现生态赤字的主要原因之一。化石燃料足迹占总生态足迹的57.01%,因此,若能减少煤和石油类的消费或者采用其他高发热量的替代性能源,如汽车和城市供暖改用天然气,利用生物质能源发电,则可大幅度降低人们对天津市自然生态系统的压力。 (三)区域可持续性探讨 从天津市19892008年的生态足迹与生态承载力的变化趋势来看,天津市近20年来的生态足迹一直大于生态承载力,生态足迹已超出了自然生态系统的生态承载力范围,生态足迹与生态承载力之间存在矛盾,生态系统退化,人地关系紧张。因此生态赤字也就一直存在。根据雷斯课题组对世界上其他城市生态足迹的研究,大多数城市都占有比其生态承载力大得多的生态足迹。这说明,随着国内外贸易的进行,要维持城市或区域的消费水平,需从本地或外地农村和郊区输入生态足迹。天津市要保持现有的生活水平和消费水平很大程度上要依赖于外部输入。这表明天津需要通过贸易从不发达地区输入生态足迹,其结果不但加剧了天津的生态恶化,而且也加剧了不发达地区的生态恶化。因此,为了减少天津及不发达地区自然资源的消耗,促进天津乃至全球可持续发展,天津市必须尽可能减少其占有的生态足迹,如此才能减少其对自然资源的消耗,同时亦有助于减少不发达地区生态足迹的输出,缓解不发达地区生态恶化的压力。 五、结论与建议 天津市人均生态足迹由1989年的1.64 hm2缓慢上升至2008年的1.65 hm2,生态足迹基本稳定。同期的人均生态承载力也由0.27 hm2逐年上升到0.32 hm2。可见生态足迹与生态承载力呈有利于可持续的方向发展。天津市1989年的人均生态赤字为1.36 hm2,2008年人均生态赤字降至1.32 hm2。说明天津市人口对自然资源的利用呈下降趋势,生态足迹与生态承载力之间的矛盾有所减缓,但生态足迹目前仍然超出了自然生态系统的生态承载力范围,现有的发展模式是不可持续的,生态环境处于不安全状态。 虽然,天津市近20年来的生态足迹基本稳定,但生态赤字依然存在。为了减少生态赤字,实现天津市的可持续发展,必须采取有效措施减少赤字。根据现有的研究结果可以采取以下措施:一是采用高新技术,提高单位面积自然生态系统的生产率。二是高效利用现有资源。三是控制人口,减少人均消费,改变人们的生产和生活消费方式,建立资源节约型的社会生产和消费体系。四是加强对现有资源的保护,减少耕地损失。五是发展循环经济,千方百计实现废物及某些中间产物再循环利用,以挖掘资源和能源的使用潜力。对于人口负担重、资源有限的天津市来说,只有从上述几方面采取有效措施,减轻人类对自然的压力,才能实现可持续发展。 参考文献: Wackernagel M, Rees W E. 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